DE3203961A1 - Electronic send-receive changeover switch - Google Patents
Electronic send-receive changeover switchInfo
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Abstract
Description
Elektronischer Sende-EmpfangsumschalterElectronic send / receive switch
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Sende-Empfangsumschalter, bestehend aus zwei von einer Steuereinricntung wechselweise betätigbaren Schaltern, nämlich einem dem Senderausgang und einem dem Empfang gereingang mit der gemeinsamen Antenne verbindbaren Sendeschalter und Empfangsschalter, bei dem die Schaltstrecken der beiden Schalter durch stromgesteuerte Dioden, vorzugsweise PIN-Dioden, realisiert sind und hierbei die erforderliche Entkopplung der Steuerstromkreise vom hochfrequenten Signalweg mittels Netzwerken aus Koppelkondensatoren und Hochfrequenzdrosseln herbeigeführt ist.The invention relates to an electronic transmit / receive switch, consisting of two switches that can be operated alternately by a control device, namely one to the transmitter output and one to the reception input with the common Antenna connectable transmit switch and receive switch, in which the switching paths of the two switches implemented by current-controlled diodes, preferably PIN diodes and the necessary decoupling of the control circuits from the high-frequency Signal path brought about by means of networks of coupling capacitors and high-frequency chokes is.
Elektronische Sende-Empfangsumschalter dieser Art sind beispielsweise in der DE-PS 26 16 185 beschrieben.Electronic transmit / receive switches of this type are for example in DE-PS 26 16 185 described.
Beim Umschalten der Dioden von ihrem. Sperrzustand in den Durchlaßzustand und umgekehrt werden, wenn diese Umschaltung relativ schnell, beispielsweise in der Größenordnung weniger Millisekunden, erfolgen muß, relativ hohe Steuerströme benötigt. Grund hierfür sind die unverzichtbaren Entkopplungsnetzwerke und hier wiederum die Entkoppelkondensatoren, die bei jeder Änderung des Schaltzustandes umgeladen werden müssen.When switching the diodes of theirs. Blocked state in the on state and vice versa if this switchover is relatively quick, for example in the order of magnitude of a few milliseconds, must take place, relatively high control currents needed. The reason for this are the indispensable decoupling networks and here again the decoupling capacitors, which are activated with every change in the switching state need to be reloaded.
Zwar könnten die mit Jedem Umschaltvorgang erforderlichen Steuerströme ausreichend klein gehalten werden, wenn die Kapazitätswerte dieser Koppelkondensatoren entsprechend klein bemessen werden könnten. Der Größe der Koppelkondensatoren ist jedoch nach unten eine Grenze gesetzt. Beispielsweise erfordern sie bei einem Wellenwiderstand von 50 Ohm im Kurzwellenbereich Kapazitätswerte von > 100 nF. Bei Transceivern mit hoher Ausgangsleistung wird diese Problematik noch dadurch verschärft, daß für eine ausreichende Sperrung des Senders im Betriebszustand "Empfang" relativ hohe Sperrspannungen an den hierfür zuständigen Schaltdioden in der Größenordnung von 300 Volt und mehr benötigt werden.It is true that the control currents required with each switching process could be kept sufficiently small if the capacitance values of these coupling capacitors could be sized accordingly small. The size of the coupling capacitors is however, a lower limit is set. For example, they require a Wave resistance of 50 ohms in the short wave range capacitance values of> 100 nF. With transceivers with high output power this problem is exacerbated by the fact that for a sufficient blocking of the transmitter in the operating state "reception" relatively high Reverse voltages at the switching diodes responsible for this are in the order of magnitude of 300 volts and more are required.
In der oben angeführten Literaturstelle wird vorgeschlagen, der im Zusammenhang mit einem schnellen Umschalten gegebenen geschilderten Problematik dadurch zu begegnen, daß die Antennenankopplung von Sender und Empfänger über den Sende-Empfangsumschalter mit Hilfe eines speziellen Ankopplungsnetzwerkes in Form eines Breitbandübertragers vorgenommen wird.In the literature cited above, it is proposed that the in Relation to a fast switching given problem described to counteract that the antenna coupling of the transmitter and receiver via the Transmit / receive switch with the help of a special coupling network in the form a broadband transmitter is made.
Wie sich zeigt, läßt sich eine solche Breitbandübertragerlösung nicht in allen Anwendungsfällen verwirklichen. Gerade bei Transceivern mittlerer Sendeleistung in der Größenordnung von 100 bis 400 Watt müßte das für ein solches Gerät an sich benötigte Volumen wegen der relativ großen Abmessungen solcher Breitbardübertrager im Kurzwellenbereich in unangemessener Weise vergrößert werden.As it turns out, such a broadband transmission solution cannot be used Realize in all applications. Especially with transceivers with medium transmission power in the order of 100 to 400 watts that would have to be for such a device required volume because of the relatively large dimensions of such Breitbardtransfer are inappropriately enlarged in the shortwave range.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen elektronischen Uende-Empfangsumschalter der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben, die bei Verzicht auf eine Ubertragerankopplung der Antenne ein schnelles Umschalten in der Größenordnung weniger Millisekunden ermöglicht und zwar bei relativ geringem Aufwand an die für die benötigten Steuerströme aus zu legende Steuereinrichtung.The invention is based on the object for an electronic Uende / receive changeover switch of the type described in the introduction to specify a further solution, the fast switching if no transmitter coupling of the antenna is used allows in the order of a few milliseconds and with relatively little Expenditure on the control device to be laid out for the required control currents.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Steuereinrichtung den Dioden-Steuerstromm kreisen von einem Umschaltsignal steuerbarwe Transistorkonstantstromquellen und -serien zugeordnet sind, die Jeweils für einen für die Transistoren maximal zulässigen Kollektorstrom ausgelegt sind.This object is achieved according to the invention in that in the Control device the diode control current circulate by a switching signal controllable Transistor constant current sources and series are assigned, each for one for the transistors maximum permissible collector current are designed.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die zu Beginn eines Umschaltvorgangs auftretenden hohen Spitzen der Steuerströme für die Auslegung der Steuereinrichtung und damit für den sie darstellenden technischen Aufwand entscheidend sind. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Konstantstromquellen und -senken läßt sich die gewünschte schnelle Umladung der Koppelkondensatoren ebenfalls herbeiführen, ohne daß hierzu die Steuertransistoren für die genannten Stromspitzen ausgelegt werden müssen. Mit anderen Worten ist es hierdurch möglich, die erforderlichen Steuerstromquellen der Steuereinrichtung mit relativ billigen, weil wesentlich leistungsschwächeren Transistoren zu verwirklichen, die hierbei zusätzlich noch für einen Konstantstrom ausgelegt werden können, der praktisch gleich dem maximal zulässigen Transistorstrom sein kann.The invention is based on the knowledge that the beginning of a Switching process occurring high peaks of the control currents for the interpretation of the Control device and thus decisive for the technical effort it represents are. By using constant current sources and sinks according to the invention the desired rapid charge reversal of the coupling capacitors can also be brought about, without the control transistors being designed for the aforementioned current peaks Need to become. In other words, this makes it possible to use the necessary control current sources the control device with relatively cheap, because much less powerful To realize transistors, in addition, for a constant current can be designed, which is practically equal to the maximum permissible transistor current can be.
Kurzwellentransceiver mittlerer Leistung sind üblicherweise für einen mobilen Einsatz vorgesehen und hierzu in der Regel für eine Betriebsgleinhspannung von 24 Volt ausgelegt, die fahrzeugseitig verfügbar ist. Da, wie bereits erwähnt worden ist, im Betriebszustand "Senden" zum sicheren Sperren der Empfangsseite Diodensperrspannungen in der Größencrdnung von mehr als 300 Volt benötigt werden, ist es erforderlich, die entsprechend hohe Betriebsgleichspannung von den 24 Volt Betriebsgleichspannung über einen Wechselrichter zu erzeugen. Ein solcher Wechselrichter stellt eine interne Störquelle des Transceivers dar, da die in einem solchen Wechselrichter periodisch auftretenden kurzen Strom- und Spannungsspitzen, wenn auch in stark abgeschwächter Form, als Streustrahlung am Empfängereingang wirksam werden können. Um diese Störquelle unwirksam zu machen, mUssen nicht nur umfangreiche und aufwendige Abschirmmaßnahmen fur diesen Wechselrichter getroffen werden, sondern auch durch spezielle Siebmittel dafür gesorgt werden, daß die Störspannung nicht am Empfängereingang wirksam werden kann.Medium power shortwave transceivers are usually for one intended for mobile use and usually for an operating line voltage of 24 volts, which is available on the vehicle. There, as already mentioned has been, in the operating state "Send" for safe blocking of the receiving side diode blocking voltages in the order of magnitude of more than 300 volts are required, it is necessary to the correspondingly high DC operating voltage from the 24 volt DC operating voltage to be generated via an inverter. Such an inverter represents an internal The transceiver is a source of interference because it is periodic in such an inverter Occurring short current and voltage peaks, albeit in a much weaker form Form in which scattered radiation can take effect at the receiver entrance. To this source of interference To make them ineffective, not only must extensive and expensive shielding measures for this inverter can be taken, but also through special screening means it must be ensured that the interference voltage does not take effect at the receiver input can.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den erwähnten Aufwand an Abschirmung und Siebmitteln dadurch auf ein Minimum zu beschränken, daß der Wechselrichter bei Empfang abgeschaltet wird. Die Schaltung muß so ausgelegt sein, daß der Wechselrichter bei der Umschaltung von Empfang auf Senden zuverlässig sehr schnell anschwingt.In a further development of the invention, it is proposed that the effort mentioned be expended to restrict shielding and screening means to a minimum that the inverter is switched off when receiving. The circuit must be designed so that the inverter when switching from reception to transmission reliably starts to oscillate very quickly.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben.Another useful embodiment of the invention is in the claim 3 specified.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten: Fig. 1 die schematische Darstellung eines Transceivers mit einem Sende-Empfangsumschalter, Fig. 2 eine erfindungsgemäße AusfUhrungsform des Sende-Empfangsumschalters nach Fig. 1.Based on an embodiment shown in the drawing the invention will be explained in more detail below. In the drawing: 1 shows the schematic representation of a transceiver with a transmit / receive switch, 2 shows an embodiment of the transmit / receive switch according to the invention Fig. 1.
In der schematischen Darstellung nåch Fig. 1 bedeuten S der Sender und E der Empfänger des Transceivers, die miteinander über den Sende-Empfangsumschalter SU wechselweise an die gemeinsame Antenne A anschaltbar sind. Der Sende-Empfangsumschalter SU besteht im wesentlichen aus dem Sendeschalter Ss auf -sesten des Senderanschlusses, dem Empfangsschalter Se auf der Empfängerseite und der beiden Schaltern gemeinsamen Steuereinrichtung ST, die einen besonderen Steuereingang für das Steuersignal st aufweist. Zusätzlich ist noch der Anschluß für die Betriebsgleichspannung Ub angegeben.In the schematic representation according to FIG. 1, S denotes the transmitter and E the receiver of the transceiver, which communicates with each other via the transmit / receive switch SU are alternately connectable to the common antenna A. The send / receive switch SU essentially consists of the transmission switch Ss on the transmitter connection, the reception switch Se on the receiver side and the two switches common Control device ST, which has a special control input for the control signal st having. In addition, the connection for the DC operating voltage Ub is also given.
Die elektronische Ausführung des Sende schalters Ss und des Empfangsschalters S für einen Transceiver mit einer Sendeleistung von mehreren 100 Watt zeigt die Fig. 2. Der Sendeschalter S5 weist im Signalweg die PIN-Diode Ds1 und auf seiten des Senderausgangs im Querzweig die weitere PIN-Diode Ds2 auf. Die PDN-Diode Ds2 schließt in Stellung Empfang des Sende-Empfangsschalters SU den Senderausgang kurz. Hierdurch werden am Senderausgang eventuell auftretende Rauschspannungen unterdrückt. Zur Entkopplung des Steuerstromkreises weist der Sende schalter im Signalweg eingangsseitig und ausgangsseitig die Koppelkondensatoren Cs1 und Cs2 und in Reihe zur PIN-Diode Ds2 gegen Masse den weiteren Koppelkondensator Cs3 auf. Zur Realisierung der Steuerstromkreise für die beiden Dioden sind einerseits ihr gemeinsamer Verbindungspunkt über die Hochfrequenzdrossel Ls1 mit der Konstantstromquelle SQ1 und der Jeweils andere Anschluß (in Fig. 2 Jeweils der Kathodenanschluß) der beiden Dioden über die Hochfrequenzdrosseln Ls2 bzw. Ls3 mit der Konstantstromquelle SQ2 bzw. dem Ausgang des Wechselrlchters WR verbunden.The electronic version of the send switch Ss and the receive switch S for a transceiver with a transmission power of several 100 watts shows the Fig. 2. The transmission switch S5 has the PIN diode Ds1 and on sides in the signal path of the transmitter output in the branch the further PIN diode Ds2. The PDN diode Ds2 In the reception position of the send / receive switch SU shorts the transmitter output. This suppresses any noise voltages that may occur at the transmitter output. To decouple the control circuit, the transmission switch has in the signal path on the input side and on the output side the coupling capacitors Cs1 and Cs2 and in series with the PIN diode Ds2 to ground the further coupling capacitor Cs3. To implement the control circuits for the two diodes are on the one hand their common connection point via the High-frequency choke Ls1 with the constant current source SQ1 and the respective other connection (in Fig. 2 each the cathode connection) of the two diodes via the high-frequency chokes Ls2 or Ls3 with the constant current source SQ2 or the output of the inverter Inverter connected.
Die Steuereinrichtung ST weist neben den bereits genannten Xonstantstromquellen SQl,, SQ2 und dem Wechselrichter WR noch die weitere Konstantstromquelle SQ3 und den Transistorschalter S1 auf, die zusammen mit dem Wechselrichter WR für die Steuerung der weiteren PIN-Dioden des Empfangsschalters Se dienen.In addition to the constant current sources already mentioned, the control device ST has SQl ,, SQ2 and the inverter WR still the other constant current source SQ3 and the transistor switch S1 on, which together with the inverter WR for the control the other PIN diodes of the receiving switch Se are used.
Der Empfangsschalter Se weist die drei PIN-Dioden Del, De2 und De3 in Form einer T-Schaltung auf. Hierbei sind die PIN-Dioden Del und De3-im Hochirequenzsignalweg gegensinnig in Reihe geschaltet, während die PIN-Diode De2 in Reihe mit dem Entkoppelkondensator Ce3 den Querzweig bildet. Die Entkopplung der Steuerkreise vom Hochfrequenzsignalweg bei Empfang wird entsprechend dem Sende schalter Ss durch die beiden Koppelkondensatoren Ce7 und Ce2 herbeigeführt. Der gemeinsame Verbindungspunkt der drei Dioden ist über die Hodifrequenzdrossel Le2 an die Konstantstromquelle SQ3 angeschaltet. Der zweite Anschluß (Kathode) der PIN-Diode Dei ist über die Hochfrequenzdrossel Lei mit dem Ausgang des Wechselrichters WR verbunden. Der Transistorschalter SI schließlich ist ausgangsseitig einerseits über den Widerstand Rel an den gemeinsamen Verbindungspunkt der PIN-Dlode De2 mit dem Entkoppelkondensator Ce3 und andererseits über die Hochfrequenzdrossel Le3 in Reihe mit dem Widerstand Re2 an den gemeinsamen Verbindungspunkt der PIN-Diode De3 mit dem Koppelkondensator Ce2 angeschaltet. Die Stromquellen und der Wechselrichter WR sind, soweit erforderlich, an die Betriebsgleichspannung Ub bzw. an Masse angeschaltet. Weiterhin weisen der Wechselrichter WR, die Konstantstromquellen SQ1, SQ2, SQ3 sowie der Transistorschalter S1 einen Steuereingang für das Steuersignal st auf. Bi: Empfang wird die Konstantstromquelle SQ1 gesperrt, und die PIN-Diode Ds2 erhält ihren Strom Über den Widerstand Re3.The receiving switch Se has the three PIN diodes Del, De2 and De3 in the form of a T-circuit. The PIN diodes Del and De3 are in the high frequency signal path connected in series in opposite directions, while the PIN diode De2 is in series with the decoupling capacitor Ce3 forms the cross branch. The decoupling of the control circuits from the high-frequency signal path when receiving is corresponding to the send switch Ss through the two coupling capacitors Ce7 and Ce2 brought about. The common connection point of the three diodes is across the HF choke Le2 is connected to the constant current source SQ3. The second Connection (cathode) of the PIN diode Dei is via the high-frequency choke Lei with the Inverter output connected to WR. Finally, the transistor switch SI is on the output side on the one hand via the resistor Rel to the common connection point the PIN diode De2 with the decoupling capacitor Ce3 and on the other hand via the high-frequency choke Le3 in series with resistor Re2 at the common connection point of the PIN diode De3 switched on with the coupling capacitor Ce2. The power sources and the inverter WR are, if necessary, connected to the DC operating voltage Ub or to ground. Furthermore, the inverter WR, the constant current sources SQ1, SQ2, SQ3 and the transistor switch S1 has a control input for the control signal st. Bi: reception the constant current source SQ1 is blocked, and the PIN diode Ds2 receives its current via the resistor Re3.
Da der Sendeschalter Ss und der Empfangs schalter Se stets wechselweise zu schalten sind, ist das Steuersignal st dem Wechselrichter WR, der Konstantstrom quelle SQ1 und dem Transistorschalter S1 unmittelbar' und den Konstantstromquellen SQ2 unS SQ3 über den Inverter I zugeführt. Der Wechselrichter lTR liefert in Stellung "Senden eine hohe Sperrspannung sowohl für die PIN-Diode Ds2 im Querzweig des Sende schalters als auch für die PIN-Diode Del auf der Anteanenseite im Längszweig des Empfangsschaltsrs Se. Sie beträgt beispielsweise 350 Volt und ist erforderlich, um ein sicheres Sperren der genannten PIN-Dioden im Hinblick auf die hohe Sendeleistung und eventuelle Fehlanpassung der Antenne zu gewährleisten. Bei Senden sind die PIN-Dioden Dsl und De2 leitend, während die PIN-Dioden Ds2, Del und De3 gesperrt sind, bei Empfang ist es umgekehrt. Gleichzeitig wird über das Steuersignal st der Wechselrichter WR bei Empfang abgeschaltet und auf diese Weise, unabhängig von Abschirmmaßnahmen, eine vom Wechselrichter WR ausgehende Störeinstrahlung in den Empfängereingang auf einfache und sichere Weise unterbunden.Since the transmission switch Ss and the reception switch Se always alternate are to be switched, the control signal st is the inverter WR, the constant current source SQ1 and the transistor switch S1 directly 'and the constant current sources SQ2 and SQ3 are supplied via the inverter I. The ITR inverter delivers in position "Send a high reverse voltage for both the PIN diode Ds2 in the shunt branch of the send switch as well as for the PIN diode Del on the Antean side in the branch of the Reception switch Se. For example, it is 350 volts and is required a secure blocking of the above-mentioned PIN diodes with regard to the high transmission power and to ensure any mismatching of the antenna. When sending are the PIN diodes Dsl and De2 conductive, while the PIN diodes Ds2, Del and De3 are blocked Reception is the other way around. At the same time, the inverter is controlled via the control signal st Inverter switched off upon receipt and in this way, regardless of shielding measures, interference emanating from the inverter WR enters the receiver input prevented easily and safely.
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